表面技术

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青勇权, 安恺, 朱鹏, 龙猜, 商硕, 刘常升

表面技术. 2021, 50(1): 1-9. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.001

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超疏水表面因其具有低粘附和排斥水的特性，广泛应用于冷凝传热、抗结冰、减阻、防腐蚀、油水分离及自清洁等众多领域，具有极其重要的应用前景。然而，超疏水表面在机械作用下容易造成超疏水性部分或全部丧失，限制其实际应用，故关于该表面机械稳态性问题研究的重要性凸显。综述了超疏水表面在机械作用下的失稳机制和稳态性评价方式，根据超疏水表面的微纳米结构和低表面能物质失效差异，将机械高稳态超疏水表面的实现策略归纳为三类:构筑自修复性表面，利用涂层中的自修复性分子对表面的疏水物质缺失或结构损伤进行自我补足;构筑微观复合结构表面，选择双尺度(大尺度-微米/小尺度-纳米)或全疏单级(或多级)尺度的结构抵御机械破坏;构筑多组分协同增强表面，通过化学键或范德华力作用，改善涂层的固有强度或提高涂层与基底的结合强度。这三类策略均具有一定的局限性，如何实现超疏水表面大规模工业应用仍是一个科学难题，并展望了其未来的发展方向。

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渗碳齿轮齿根喷丸强化研究现状与展望

朱鹏飞, 严宏志, 陈志, 吴顺兴, 张慧

表面技术. 2021, 50(1): 10-27, 46. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.002

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弯曲疲劳是齿轮传动中的主要失效形式，严重影响了齿轮使用性能。喷丸强化工艺是齿轮常用的表面强化方法，对提升齿根抗弯曲疲劳性能效果显著。介绍了两种典型的喷丸强化方法(气动式喷丸和离心式喷丸)，分别从应用范围、加工效率、喷射原理、表面完整性等方面对其进行了比较。为揭示喷丸强化机制，概述了喷丸工艺数值模拟与工艺参数优化方法，分析了喷丸对齿根表面完整性影响机制，并阐述了表面完整性参量之间的相互作用关系。同时，阐明了齿轮喷丸后的疲劳断裂机理，包括裂纹萌生与扩展机制。在此基础上，重点论述了受喷齿轮弯曲疲劳性能的影响因素，并提出了改善齿轮疲劳强度的措施。此外，简要探讨了齿轮喷丸后，疲劳强度提升幅度问题，并归纳了受喷齿轮弯曲疲劳建模方法。最后，对齿轮齿根喷丸强化工艺进行总结，并对其发展趋势进行了展望。

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电化学能源体系表界面构筑化学的先进电子显微解析

刘尚, 宇博, 敬海峰, 赵真真, 刘红艳, 姚立德, 张伟

表面技术. 2021, 50(1): 28-46. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.003

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电化学能源存储与转换材料的构筑和解析已成为目前研究的热点。结合课题组内电化学能源存储与转换方向的研究成果，总结了电化学能源材料的先进电子显微测试方法。电子显微技术可解析材料的表面形貌、结构、构筑化学等。常见的电子显微技术有:扫描电子显微(SEM)、透射电子显微(TEM)、X射线能谱分析(EDS)、电子能量损失谱分析(EELS)等。详细介绍了使用先进电子显微解析手段，研究电化学能源存储与转换体系材料的进展和优势，不同电子显微技术的特点以及在电化学能源体系材料中的应用。同时，提出电子显微解析技术与其他表征方法联用是未来可能的发展方向，以期能更全面、精准地解析目标材料信息，找到合适的制备工艺，为提高电化学综合性能提供指导。

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磁粒研磨加工技术的研究进展

刘文浩, 陈燕, 李文龙, 张洪毅, 丁叶, 韩冰

表面技术. 2021, 50(1): 47-61. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.004

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磁粒研磨加工是一种应用广泛且高效的表面加工技术，具有加工质量高、适用范围广、柔性加工、自锐性好、易于实现自动化等优点，能够有效去除工件表面的划痕、积碳、毛刺和卷边等缺陷。首先，综述了磁粒研磨加工技术的发展与研究，包括磁粒研磨加工技术的提出与发展、数学模型分析和加工参数产生的影响，其中着重论述了加工过程中单颗磨粒的力学模型建立以及铁磁相和研磨相的配比问题，并且从磁极形状、磁极转速、加工间隙和磨料性能四个方面分析了加工参数对研磨过程的影响。然后，分类介绍了磁粒研磨加工技术应用于平面、圆柱外表面和圆柱内表面时的加工原理，并对其加工特点进行了总结。归纳了几种磁粒研磨加工技术的发展方向，包括电磁磁粒研磨加工、超声辅助磁粒研磨加工、化学辅助磁粒研磨加工和电化学辅助磁粒研磨加工，对这几种新型复合加工方法的加工原理以及所能达到的实验效果进行了介绍，并评述了其各自的加工特点。最后，提出了当今磁粒研磨加工技术研究中存在的一些缺陷，并对其未来的发展趋势进行了展望。

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冷喷涂镁合金基体残余应力的数值研究

唐伟, 解闻, 张家园

表面技术. 2021, 50(1): 62-70. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.005

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目的研究冷喷涂Mg-alloy基体过程残余应力的变化趋势。方法采用ABAQUS/Explicit有限元分析软件，以AZ31作为基体材料、Al-7075作为颗粒材料进行碰撞模拟，并添加无限元素层以增强数值稳定性，同时考虑多颗粒沉积对颗粒沉积基体时产生的残余应力的影响。结果经有限元模拟，颗粒的残余应力随着冲击速度的增加，呈现先增大后减小，最后逐渐增大的趋势。应力分布相对于中心轴对称，同时产生明显的金属射流现象。改变入射角后发现，当沉积速度为800 m/s、入射角度为90°时，颗粒残余应力达到最大，为?2742.72 MPa，但在结合过程中，基体残余应力的变化相对颗粒较为稳定。通过对多颗粒沉积的研究发现，颗粒2在23 ns左右沉积到颗粒1后，将颗粒1的最小残余应力从?1577.66 MPa松弛到?1099.06 MPa;颗粒3在53 ns左右沉积到颗粒2后，颗粒3的最小残余应力为?1152 MPa，与颗粒2相差不大。后续颗粒也将遵循该规律。结论单颗粒沉积时，瞬态喷丸过程残余应力的变化较为剧烈，热冷却过程中趋于稳定，对残余应力的进一步缓解影响不大。多颗粒沉积时，后一颗粒对前一颗粒起到松弛作用，同时也能起到夯实作用，增强涂层的结合强度，有利于形成较好的涂层。

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液体自输送功能性表面及其应用

孙鹏程, 郝秀清, 牛宇生, 徐文豪, 张靖辰, 何宁

表面技术. 2021, 50(1): 71-93. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.006

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液体自输送功能性表面在微流控、传质传热等领域有着重要的意义，此类表面发挥作用往往受到固体表面微纳米结构、固-液之间的静态润湿特性和动态润湿特性的综合影响。重点概述了固-液接触润湿模型与粘附性的关系，固体表面特性(即表面微观结构和润湿性)对固-液接触状态的影响。在此基础上，按照产生自驱动力的固体表面特性是否均匀，将液体自输送功能性表面分为两大模式，分别是非均质化润湿模式和均质化润湿模式。其中，非均质化润湿模式主要包含梯度润湿表面、锥体表面、润湿图案化表面以及薄壁多孔材料;均质化润湿模式主要包含毛细力驱动微沟槽表面、拉普拉斯压差驱动表面和毛细力驱动滑移表面，并逐一阐述了不同表面自驱动的原理。随后对这些不同表面的应用进行了总结，包括水汽收集和油水分离。最后，对各种液体自输送功能性表面问题进行了总结并给出了可能的解决措施，并展望了液体自输送功能性表面的发展方向。

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含Ag硬质涂层的结构及其摩擦腐蚀与抗菌特性的研究进展

吴耀佳, 张懋达, 付永强, 周飞

表面技术. 2021, 50(1): 94-106, 161. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.007

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从含Ag元素的硬质涂层入手，综述了二元含Ag的Ag-DLC涂层到三元含Ag的CrN/Ag、TiN/Ag、ZrN/Ag涂层，再到多元含Ag的CrSiN/Ag、TiCN/Ag、ZrCN/Ag等涂层的研究进展，分析了不同制备技术和参数、不同元素添加等手段对涂层结构、摩擦腐蚀及抗菌特性的影响。在含Ag硬质涂层从二元到多元的研究过程中，发现元素的含量和制备参数会对涂层的微观组织结构产生重要的影响，并且Ag元素的含量极大地影响着硬质涂层的摩擦学特性、耐腐蚀性能和抗菌性。已有研究表明:低剪切强度的软质Ag相的添加往往能提高涂层的耐磨特性，故将具有高热化学稳定性的Ag固体润滑剂与高耐磨性的硬质涂层相结合，可以改善硬质涂层的摩擦学特性;少量的Ag元素添加可以保持或略微改善涂层的耐腐蚀性能，但是掺杂较高含量的Ag会使硬质涂层的耐腐蚀性能降低;同时，Ag元素对能够引起金属腐蚀的细菌有很好的抗菌效果，且是对环境和人体安全性好的金属元素。若能在金属部件表面沉积含Ag的纳米复合涂层，可以满足水润滑部件耐磨和防污的使用要求。研究在水环境中具有耐磨、抗生物腐蚀的含Ag纳米复合涂层，有利于对机械工程设备中关键零部件的保护，对于海洋开发和社会发展具有重大意义。

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常见结构材料在热浸镀Galvalume合金熔体中的腐蚀与防护研究现状

余中狄, 唐晨, 陈明辉, 朱圣龙, 王福会

表面技术. 2021, 50(1): 107-116. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.008

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伴随着热浸镀钢材的大量应用，热浸镀设备在液态金属中的腐蚀问题及引起的钢材表面质量降低问题逐渐凸显，制约了热浸镀行业的发展。概述了在热浸镀熔融Galvalume合金(Zn-55Al-1.6Si%)中，铁基、钴基及其他合金的腐蚀行为。合金及腐蚀产物的溶解，腐蚀层中的元素互扩散，腐蚀产物生长的应力集中，是造成合金基体失效的主要原因。通过金属合金化或施加防护涂层，提高了材料对液态锌铝合金的耐蚀性。综述了引入不同合金元素对合金腐蚀行为的影响，并评估了陶瓷涂层、金属陶瓷复合涂层及搪瓷涂层在此环境中的防护效果。合金基体或防护涂层中引入硼化物，可有效降低液态锌铝合金的侵蚀。提高材料在液态金属环境中的不润湿性是改善其耐蚀性的关键。最后，展望并总结了熔融Galvaleme合金中的高性能防护涂层、合金设计原则及其腐蚀失效特性。

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高熵合金薄膜研究现状与展望

张毅勇, 张志彬, 姚雯, 梁秀兵

表面技术. 2021, 50(1): 117-129. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.009

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高熵合金是一种由五种或者五种以上的元素以(近)等原子比组成的新型多主元合金材料，拥有众多优异的力学、物理和电学方面的性能，引起了科技工作者的极大关注。高熵合金薄膜是一种低维度形态(微米级)的高熵合金材料，不仅展现出与块体高熵合金相似的优异性能，而且在某些性能(如硬度)上甚至优于块体高熵合金，在诸多领域里展现出良好的应用前景。从高熵合金的设计理念出发，简述了高熵合金薄膜材料的发展历程和主要分类，介绍了近年来高熵合金薄膜的主要制备方法，并论述了这些方法的原理及其优缺点。阐述了高熵合金薄膜材料具有简单晶体结构的原因以及影响晶体结构的主要因素。重点描述了高熵合金薄膜的力学性能、摩擦磨损性能、耐高温和抗氧化性能以及耐腐蚀性能的特点及研究进展，总结了高熵合金薄膜拥有众多优异性能的原因和影响因素。表明了高熵合金薄膜材料在耐热、耐磨、耐蚀等涂层领域的潜在应用，并对未来高熵合金薄膜在计算模拟、相形成规律等方面以及在特殊条件下使用的薄膜材料的研发方面进行了展望。

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替代电镀铬的碳化硅类复合电镀技术研究进展

黄嘉乐, 王启伟, 阳颍飞, 王晓明, 赵阳, 朱胜, 李卫

表面技术. 2021, 50(1): 130-137. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.010

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针对目前工业应用中对替代电镀铬工艺的绿色表面技术需求，介绍了物理气相沉积、热喷涂、冷喷涂、超高速激光熔覆、复合电镀技术的原理、特点、应用，以及替代电镀铬工艺的优势和局限性，重点对碳化硅类材料复合镀技术的研究进展进行了综述，介绍了Ni-SiC、Cu-SiC、Zn-SiC、Ni-P-SiC、Ni-SiC-GO镀层的主要应用，及电解液组分中添加石墨烯和氧化石墨烯以提高复合镀层腐蚀性能的作用和机理。介绍了电解液pH值、温度、浓度对镀层性能的影响，不同的电解液体系中，当pH值、温度、浓度达到最优值时，镀层性能可达到最佳。介绍了SiC颗粒尺寸以及分散方式对镀层性能的影响，颗粒尺寸过小，易发生团聚，颗粒尺寸过大，沉积量降低，通过添加剂和物理搅拌，可以有效解决颗粒团聚的问题，提高颗粒沉积量，从而改善镀层性能。介绍了电源参数对复合镀层性能的影响，复合镀工艺中应当优化电流密度、电模式(脉冲和直流)和占空比等参数。最后，总结了碳化硅类材料复合镀技术的发展趋势，即工艺设计向绿色环保化、镀液体系向多元复合化、工艺控制向智能化方向发展。

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润湿性表面液滴导向运动的研究进展

卢志成, 郑佳宜, 余延顺

表面技术. 2021, 50(1): 138-149. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.011

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润湿性表面的液滴操控技术由于其在微流控系统设计、生物医学分析、淡水收集、喷墨打印以及换热器等领域具有广阔的应用而备受学者关注。详细介绍了液固接触和液滴运动的基本理论。综述了近年来国内外学者对于润湿性表面上液滴导向传输技术的研究进展，按不同的润湿性表面涉及的不同驱动力，归纳了液滴在润湿性梯度表面上受表面梯度驱动、在超疏水基底异性轨道表面上受重力驱动、在超疏水表面上受外场驱动的三种导向运动，着重阐述了从理论分析到实验实现润湿梯度表面驱动液滴的发展脉络、超疏水基底异性轨道表面的制备方法、液滴运输实验研究和受光、电、热、磁外场响应的不同液滴驱动传输机制，分析对比了各种液滴传输技术的优缺点。最后，提出了对润湿性表面上液滴做曲线运动过程中深入到离心力、表面张力等影响运输可控性的力学特性研究，展望了耦合多外场结合固体润湿性表面的优化设计，来控制多液滴独立导向运动的重要方向，并简要介绍了未来的应用前景。

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电火花沉积技术研究现状与展望

张勇, 李丽, 常青, 王晓明, 赵阳, 朱胜, 徐安阳, 高宪伟

表面技术. 2021, 50(1): 150-161. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.012

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电火花沉积技术被广泛地应用于零部件表面涂层的制备与损伤的修复。简要介绍了电火花沉积技术的原理，概括了其进行表面强化与修复的优点。系统地讨论了电火花沉积技术主要工艺参数(电压、电容、比沉积时间和氩气流量)对涂层的沉积效率、形貌、缺陷、组织结构和性能的影响规律，其中热量的输入与释放速率是工艺参数对涂层制备产生影响的关键因素，低能量输入下易获得高性能的涂层，但沉积效率较低。针对电火花沉积技术自身裂纹与孔洞缺陷多、沉积效率低、制备涂层不均匀等问题，介绍了在沉积过程自动化、沉积原理优化、与其他技术复合方面做出的技术改进。其中，通过实现与其他表面强化技术的复合是进一步提高涂层性能的有效方式，将是未来研究的重点内容之一。随后，基于工程实际对高性能涂层的需要，介绍了电火花沉积技术在制备陶瓷、高熵合金、非晶涂层中的应用，电火花沉积技术快热急冷的特点，使其在制备涂层的过程中表现出极佳的细晶、非晶、固溶相形成能力。最后总结了电火花沉积技术存在的问题，并对其未来的发展方向进行了展望。

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高熵合金高温抗氧化性的研究进展

丁一, 胡振峰, 梁秀兵, 程延海

表面技术. 2021, 50(1): 162-172. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.013

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高熵合金在高温下具有优异的力学性能，但在高温下抗氧化性能的不足制约了其实际工业应用。概述了高熵合金的氧化机理，包括氧化动力学规律、氧化行为以及合金元素氧化顺序规律等，归纳了高熵合金在高温下存在的问题。在此基础上，重点综述了近年来高熵合金高温抗氧化性的研究进展。其中，通过添加可生成保护性氧化物的元素可以提高高熵合金氧化层中氧化物的金属原子与其氧化物分子的体积比(Pilling-Bedworth Ratio，简称PBR)，进而增强抗氧化性。但在一些特定的高熵合金中，会因其他影响氧化性的因素，降低抗氧化性。如在难熔高熵合金中加入Cr会生成Laves相进而造成晶界间的内腐蚀;含Al高熵合金中加入Ti，在氧化过程中，反而会破坏氧化物层的致密性;含有Laves相的高熵合金中添加Si，会减弱其抗氧化性。1500 ℃以下的高温环境中，添加超高温陶瓷或者使高熵合金陶瓷化的方法，对高熵合金抗氧化性的提升效果较好，但1500 ℃以上，这种高熵合金高温抗氧化性能急剧下降。最后从添加有助于生成致密氧化层的元素、引入陶瓷相、制备抗氧化涂层3个方面，对未来抗氧化性高熵合金体系的开发、性能的优化及应用进行了展望。

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选区熔化3D打印TiAl基合金的研究现状及展望

王虎, 彭云, 赵琳, 田志凌

表面技术. 2021, 50(1): 173-186. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.014

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TiAl基合金(TiAl基金属间化合物)，被认为是一种理想的新型轻质高温结构材料，在当代民用工业、兵器工业以及航空航天等领域具有广阔的应用前景。然而TiAl基合金脆性较大，传统的成形方法难以制备出复杂结构的构件，严重制约了该合金的推广与应用。选区熔化3D打印是按照CAD模型的分层切片数据，以激光或者电子束为高能量热源逐层扫描熔化粉末，逐层堆积，直接实现构件的制造，代表了TiAl基合金成形最前沿、最新颖的技术。基于激光选区熔化成形(SLM)与电子束选区熔化成形(SEBM)制备TiAl基合金的最新研究成果，重点归纳了成形过程中常见缺陷的形成原因以及控制措施，详细阐述了工艺参数对成形质量、微观组织以及力学性能的影响规律，然后对比分析了SLM和SEBM制备TiAl基合金的优缺点。国内外的研究结果表明，控制TiAl合金的开裂倾向是SLM制备TiAl合金需要解决的首要问题，也是提高成形件致密度，改善力学性能的基础;而SEBM技术通过工艺优化，能够较好地抑制TiAl合金的开裂，获得高致密度成形件，其力学性能可以达到传统锻件、铸件的水平，更加适合TiAl合金的3D打印。最后对选区熔化3D打印TiAl基合金的研究方向提出了建议。

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CO2环境中植物缓蚀剂研究进展

贺三, 徐慧兰, 张剑雄, 王传军, 王坤, 杨文, 赵志超

表面技术. 2021, 50(1): 187-195, 220. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.015

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植物提取物作为金属腐蚀抑制剂，具有成本低廉、无毒无污染和缓蚀效率高的特点，近年来受到了广泛的关注。针对CO2环境中植物缓蚀剂的研究进展进行了综述，简述了植物缓蚀剂的防腐优势。总结了目前常用的植物有效缓蚀成分的分析与提取方法，发现具有腐蚀抑制作用的活性成分大都具有孤电子对，其官能团中包含了氧原子、共轭双键或芳环。同时，在常规溶剂萃取方法的基础上，引入超声波、微波和超临界流体萃取等手段，可有效提高植物缓蚀剂的缓蚀效率。在植物缓蚀剂中添加Zn²⁺、I^?或纳米材料后，呈现协同效应。此外，还阐述了植物缓蚀剂的作用机理。现有植物缓蚀剂以成膜型为主，其机理包括物理吸附、化学吸附和混合吸附。最后，对植物缓蚀剂未来的研究方向及发展趋势进行了展望，为进一步验证所用植物的安全性，有必要对其毒性、生物蓄积性和生物降解性进行实验。采用量子化学计算方法、分子动力学(MD)以及蒙特.卡罗方法(MC)等计算技术，对植物提取物的化学性能进行合理预测，也是未来的研究方向之一。

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石墨烯在有机防腐涂层领域的应用研究进展

韩宇莹, 刘梓良, 王文学, 王玉珏, 田永兴, 高传慧, 王传兴

表面技术. 2021, 50(1): 196-207, 286. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.016

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石墨烯凭借其优异的物理阻隔性、化学稳定性、导电性以及良好的力学性能等综合性能，成为防腐涂料领域的研究热点。综述了石墨烯在有机防腐涂层领域的应用研究进展。首先，围绕防腐涂料耐蚀性能和使用寿命的必要条件，从涂层的物理屏蔽性、自修复性、附着力以及阴极保护功效四个决定涂料耐蚀性的重要因素入手，结合石墨烯/氧化石墨烯相匹配的片层屏蔽效应、多活性位点、与基材的结合强度以及导电性等优异特性，对石墨烯在涂层中的作用进行分析。其次，针对石墨烯在涂层应用中所面临的分散性差的问题，对多种分散方式下的研究进展进行了总结，比较了不同分散方式的优缺点。同时，提出石墨烯的有序排列是在充分分散的基础上，进一步提高涂层屏蔽性的方法，发挥其屏蔽性的前提是石墨烯材料呈平行于基材的方向分布，因为垂直或者呈杂乱方向分布的石墨烯/石墨烯衍生物无法满足涂层的结构致密性需求，有悖于屏蔽理念。另外，针对石墨烯在涂层应用中所面临的电偶腐蚀问题，结合石墨烯的分散性，探讨并总结了关于石墨烯在涂料体系中的用量规律，并提出可通过石墨烯的绝缘化以及引入自修复基团来减弱和消除电偶腐蚀效应的建议。最后，从分散稳定性、电化学防腐性、环保性、经济性等方面，进一步总结分析了未来石墨烯在防腐蚀领域中的发展趋势及研究建议。

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颗粒流切削润滑研究现状及展望

马利杰, 逄明华, 冯启高, 王占奎, 苏建修, 刘贯军

表面技术. 2021, 50(1): 208-220. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.017

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切削润滑是实现高速、精密切削的必要条件，然而传统切削润滑技术与绿色制造要求之间的矛盾越来越突出，而颗粒流润滑是一种具有广阔应用前景的绿色切削润滑技术。首先，指出了传统浇注式切削润滑的问题和不足，最小量润滑(Minimum Quantity Lubrication，MQL)、液氮冷却等常见绿色切削润滑技术的优势和缺点，以及颗粒流润滑的特点。然后，论述了颗粒流切削润滑的颗粒介质输送和导入方式，包括填涂式、铺粉式、送粉式、流化式和雾化式。从车削、铣削、磨削、钻削四种加工工艺，综述了颗粒流切削润滑的工艺效果及参数优化。从颗粒介质的界面作用机理和颗粒润滑液的物理性能两个角度，概括了颗粒流切削润滑能够实现连续润滑和冷却的基本机理。在此基础上，分析了颗粒流切削润滑技术的优势及其发展过程中的问题。最后，从促进实践应用的角度，对颗粒流切削润滑技术进行了展望，从而为该技术的成熟和推广提供参考。

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核燃料包壳锆合金表面铬涂层研究进展

王淑祥, 白书欣, 朱利安, 叶益聪, 王震, 李顺, 唐宇

表面技术. 2021, 50(1): 221-231, 241. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.018

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锆合金凭借其较低的热中子吸收截面、优异的抗辐照性能以及良好的核燃料相容性等优点，被广泛应用于压水堆燃料包壳。福岛核事故后，表面铬涂层改性的锆合金成为耐事故包壳材料的重点研究方向之一, 被认为是短期内最有可能投入商业应用的技术。综述了近年来核燃料包壳锆合金表面铬涂层的研究成果。介绍了铬涂层在事故条件下和正常工况条件下的性能优势，分析了其与锆合金基体在热性能上的匹配特性，重点对比了现有的铬涂层制备方法的优缺点，包括激光熔覆、喷涂、物理气相沉积等。其中激光熔覆和喷涂技术具有沉积速度较快、工艺条件相对简单的特点，但涂层厚度和粗糙度偏高，均匀性较差。物理气相沉积技术制得的涂层综合性能好，不足之处是涂层沉积速率较低，沉积过程需要高真空环境。兼顾高质量和低成本且适合商业化生产的包壳管表面铬涂层制备工艺仍有待于深入研究。归纳了铬涂层的高温氧化失效机制，提出在高温氧化过程中，涂层的分层、残余铬层的消耗以及锆元素沿铬晶界的扩散，是产生氧快速扩散通道并最终导致涂层失效的主要原因。最后指出了当前研究中存在的若干问题及其解决措施，为包壳锆合金表面铬涂层的进一步研究提供参考。

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磷酸盐涂层研究进展及其应用

银怀, 黎红英, 陈基东, 王莹莹, 张晟玮, 许亮亮, 李湉, 曾子文, 唐鋆磊

表面技术. 2021, 50(1): 232-241. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.019

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随着世界环保压力与节能压力的剧增，绿色涂层已经成为金属腐蚀防护的发展趋势。磷酸盐涂层是一种机械强度高、热稳定性好、耐腐蚀且无毒环保的无机涂层。相较于金属涂层和无机硅涂层，磷酸盐涂层因其制备方法简便以及特殊的性能优势，受到越来越多的关注，在建筑、汽车、航海、航空航天、医疗等领域已取得广泛运用。分别介绍了反应固化型磷酸盐涂层和磷酸盐转化膜。首先阐述了反应固化型磷酸盐涂料的组成，包括胶黏剂、固化剂、功能填料和其他添加剂，并分别介绍了胶黏剂的合成及配比研究、固化剂的固化机理和选择、功能填料的选择对性能的影响以及其他添加剂对涂料整体性能和实用方面的影响。然后对磷酸盐转化膜这类特殊的磷酸盐涂层的成膜机理以及常用磷化液组成进行了介绍。成膜机理主要包括基体的电化学溶解、磷酸盐的结晶和成长、磷酸盐转化膜溶解与形成之间的动态平衡三个步骤。磷化液包括锌系、铁系、钙系、锰系磷化液以及它们之间的组合。此外，总结了磷酸盐涂层在防腐蚀、耐高温和一些其他性能方面的应用现状。最后对磷酸盐涂层今后的发展趋势进行了展望，指出磷酸盐涂层在航空航天和石油化工等领域的研究重点。

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激光熔覆制备高熵合金涂层研究进展

宋鹏芳, 姜芙林, 王玉玲, 王冉

表面技术. 2021, 50(1): 242-252, 286. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.020

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激光熔覆具有加热和冷却速度快、稀释度低(<5%)、热影响区小以及可以对表面性质进行精准调整等优点，是当今工业应用较为广泛的表面改性技术之一。利用激光熔覆技术制备高熵合金涂层，既能保证涂层具有简单的相结构和优异的性能，又可使涂层与基体之间获得良好的冶金结合。主要对激光熔覆制备高熵合金涂层的设计准则、性能及提高机理、凝固行为以及数值模拟的研究进行阐述。首先从设计理论方面对高熵合金进行概念阐述，由熵和吉布斯自由能可知，通过增加主元(至少5个)和位形熵来设计元素组成，通过吉布斯自由能控制相的稳定性。其次，对涂层的性能提高机理分类总结，其中高熵合金的四大效应与激光熔覆快冷快热的特点相结合是涂层性能提高的主要原因。此外，还阐述了激光熔覆过程中熔池的凝固行为，包括凝固过程中的晶粒生长方式和液相分离现象，以及其他因素引起的凝固行为变化。之后，对粉末流动特性、熔池温度场和熔覆层性能的数值模拟以及这些模型的缺陷进行综述与分析。最后，总结与展望激光熔覆制备高熵合金涂层研究的发展前景与应用方向。

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航空航天用金属表面热防护涂层的研究进展

姬梅梅, 朱时珍, 马壮

表面技术. 2021, 50(1): 253-266. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.021

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高温合金材料凭借其优异的综合性能而广泛应用于航空航天领域热端部件。近年来，随着航空航天技术的不断发展，飞行器的热端部件正逐渐面临着更为严峻和复杂的服役环境，因此对高温合金的耐高温、抗氧化等使用性能提出了更高的要求。表面涂层技术由于具有约束条件少、可设计性强、技术类型和材料的选择空间大、经济环保等优点，成为目前最常用的热防护技术手段之一，具有广阔的应用前景和良好的发展潜力。综述了热障涂层、抗氧化涂层材料的研究进展，主要包括YSZ、稀土锆酸盐、稀土六铝酸盐、氧化物、金属间化合物等，并在此基础上探讨了多种热防护涂层的制备方法、工作原理、适用范围。针对性地提出了航空航天用高温合金表面热防护涂层未来发展的方向，即继续优化涂层材料的成分设计，改善涂层与基体之间的界面结合，综合多种热防护机理选用合适的技术方法制备多层多功能耦合热防护涂层，使其更好地适用于航空航天用金属的表面热防护。

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表面纳米化技术制备梯度纳米结构金属材料的研究进展

贺琼瑶, 吴桂林, 刘聪, 刘静, 杨小奎, 周堃, 张伦武, 项运良

表面技术. 2021, 50(1): 267-276, 295. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.022

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多数工程结构材料的失效都是从表面的薄弱环节开始发生或者传导，从而引起材料的性能下降，使用寿命缩短。受生物材料的梯度结构启发，近年来开发了多种表面纳米化技术，成功在工程材料表面制备了晶粒尺寸从表层纳米尺度连续变化到内部宏观尺度的梯度纳米结构，强化和保护了材料表面，有效地解决了上述问题。结合国内外表面纳米化的研究结果，综述了金属材料梯度纳米材料的研究进展。首先，介绍了梯度塑性变形、物理化学沉积等表面纳米化加工技术的最新进展。其次，对梯度等轴纳米晶、梯度纳米层片和梯度纳米孪晶等多种表面纳米化材料的微观结构进行了归纳，并对最新发展的梯度纳米结构材料表层晶粒的晶体学取向等微观信息表征方法进行了系统地阐述。随后，总结了梯度纳米结构对工程材料的表面强度、塑性、强-塑匹配、加工硬化、疲劳、耐磨、腐蚀和热稳定性等性能的影响。最后展望了表面纳米化技术制备梯度纳米结构金属材料的发展趋势及工程应用所面临的挑战。

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超疏水复合涂层的机械性能研究进展

张秩鸣, 陈寅, 孙振新, 徐冬, 郭桦, 杜庶铭

表面技术. 2021, 50(1): 277-286. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.023

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超疏水表面具有杰出的防润湿特性，在防水、防污、防冰、自清洁等众多领域均具有极高的应用价值。超疏水复合涂层具有适用基材广泛、易加工施涂、成本低廉等诸多优势，是当下极具实用化前景的超疏水表面构建技术，然而涂层普遍较差的机械性能极大地限制了其在生活中的实际应用。总结并对比了超疏水表面的构建方法，简要介绍了影响超疏水涂层机械性能的条件和机制，综述了近年来国内外科研工作者在提升超疏水复合涂层机械性能方面取得的进展。重点关注了提升高分子材料与微纳米级颗粒物填料间的结合性及二者的固有机械性能，优化涂层表面微纳米形貌，引入自修复表面机制等技术手段。主要介绍了可提升涂层机械性能的新型高分子材料及微纳米颗粒物填料，以及可优化涂层表面形貌、增强涂层材料间结合的新型施涂工艺。最后，对研究中普遍存在的问题进行了总结，并对具有优异机械性能的超疏水复合涂层材料的发展趋势进行了展望。

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基于微铣削的微结构尺寸与形状对PMMA表面疏水性的影响

余剑武, 陆岳托, 罗红, 仝瑞庆, 宋金根

表面技术. 2021, 50(1): 287-295. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.024

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目的研究不同微结构尺寸参数和阵列形状对PMMA表面疏水性的影响。方法使用精密微铣削方式，在光滑PMMA表面加工微沟槽、方柱、圆形及椭圆形阵列，并将测量的水滴的接触角和形状作为表面疏水性的表征指标。结果当微沟槽阵列的微槽宽度B、凸台宽度C及微槽深度H分别在84.86~208.77 μm、36.22~133.94 μm、63.76~136.60 μm变化时，垂直接触角θ⊥分别在129.4°~143.5°、138.3°~124.0°、125.8°~141.8°变化，平行接触角θ∥分别在62.3°~69.6°、75.0°~66.3°、81.5°~72.0°变化;当微方柱阵列的B、C、H分别在70.76~138.99 μm、47.52~128.04 μm、70.84~175.94 μm变化时，接触角θ分别在130.3°~102.1°、114.9°~129.5°、105.7°~119.7°变化。水滴在微沟槽和椭圆形阵列表面的形状为椭球冠状，在微方柱和圆形阵列表面为球冠状。结论微结构尺寸参数和阵列形状对PMMA表面疏水性有不同影响，且θ⊥的变化都比θ∥的变化更为明显。钉扎效应对水滴的形状有很大的影响，对于微沟槽阵列的槽垂直方向和椭圆形、圆形阵列，钉扎效应对水滴的形状起主导作用;对于微沟槽阵列的槽平行方向和微方柱阵列，水滴形状则受钉扎效应与固液气三相接触线不连续性的共同影响。研究结果有望为设计功能可控仿生微结构提供技术支撑。

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表面织构化DLC涂层在脂润滑下的摩擦学性能研究

祁鹏浩, 仝哲, 刘奇, 李月, 董光能

表面技术. 2021, 50(1): 296-304. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.025

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目的研究表面织构与类金刚石薄膜(DLC)的复合处理方法，提高在GCr15钢盘表面在全氟聚醚(PFPE)润滑脂润滑下的摩擦学性能。方法设计了四种表面织构与两种厚度的DLC涂层相结合，采用两种加工方法(在织构表面镀上DLC涂层，在DLC涂层上加工织构)，对GCr15金属盘表面进行处理。选用全氟聚醚润滑脂作为润滑介质，通过球-盘摩擦磨损实验，评价了在织构化和DLC涂层协同处理下，GCr15金属盘表面的摩擦学性能，并通过光学显微镜对磨痕形貌进行分析。结果在四种织构表面中，微纹织构的减摩抗磨性能最好，与DLC膜的协同效果最好，在设定的实验条件下，得到的摩擦系数为0.1186，球斑直径为159.68 μm。DLC镀膜处理的试样中，3 μm厚的DLC膜试样在实验中的减摩性能较好，摩擦系数较低，但是磨斑尺寸较大，约为508.86 μm。在织构上镀DLC膜的复合处理方法，对于摩擦学性能改善不明显。在DLC薄膜上加工微纹织构的表面，表面织构化和DLC镀膜的耦合性能好，尤其在3 μm厚DLC膜上加工微纹织构的试样，实验得到的摩擦系数仅为0.099 46，磨斑尺寸为192.22 μm。结论 DLC涂层上加工微纹织构的复合处理方法，结合了微纹织构的储油特性和DLC的减摩特性，两种处理方法产生了正向协同作用，得到具有较好减摩和抗磨性能的摩擦表面。

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表面等离子W-Mo合金化对粉末冶金齿轮组织成分及耐磨性能的影响

魏东博, 李民锋, 刘希琴, 刘子利, 邹育文, 黄晓霞, 邹德华

表面技术. 2021, 50(1): 305-312. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.026

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目的通过表面等离子W-Mo合金化提高粉末冶金齿轮硬度与耐磨性能。方法采用双层辉光等离子表面冶金技术，在粉末冶金齿轮表层制备W-Mo合金层。通过扫描电镜和能谱仪分析合金层的表面形貌和化学成分，用显微维氏硬度仪测量基体与合金层的显微硬度，通过不同载荷下往复式摩擦磨损实验研究等离子W-Mo合金化对粉末冶金齿轮耐磨性能的影响。结果通过双辉等离子冶金技术在粉末冶金齿轮表面成功制备了W-Mo合金层，合金层与基体为冶金结合。经双辉等离子表面W-Mo合金化后的基体的平均显微硬度由之前的145.8HV0.1提升至344.4HV0.1，提升了约1.4倍。不同载荷下的摩擦磨损实验结果表明，经W-Mo合金化后，试样摩擦系数由0.6~0.7降至0.45~0.5左右，下降了约30%。随着载荷的增加，基体与合金层的磨损体积增加，比磨损率由基体的18.70×10^?5~36.16×10^?5 mm³/(N.m)降至合金层的2.99×10^?5~ 8.79×10^?5 mm³/(N.m)，约下降74%~84%。基体存在磨料磨损和粘着磨损现象，而W-Mo合金层则表现出轻微的磨料磨损。结论 W-Mo合金层显著提升了粉末冶金齿轮的硬度和耐磨性。表面等离子W-Mo合金化为粉末冶金齿轮的表面强化工艺提供了新的技术思路。

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盾构滚刀材料表面镍基碳化钨涂层摩擦学性能研究

段文军, 李贞, 王好平, 莫继良, 章龙管, 李建斌, 周仲荣

表面技术. 2021, 50(1): 313-321, 365. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.027

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目的盾构滚刀磨损是盾构施工中最常见的问题之一，为减缓刀具的剧烈磨损、延长刀具的使用寿命，采用等离子堆焊工艺在盾构滚刀表面制备镍基碳化钨涂层以强化滚刀性能，基于盾构滚刀服役的真实工况，研究滚刀涂层的摩擦学性能及其合理的评价方式。方法对镍基碳化钨涂层在往复滑动、冲滑复合(冲击+滑动)两种相对运动模式下进行摩擦磨损试验研究。结果制备镍基碳化钨涂层后可提高滚刀的耐磨性。往复滑动磨损后，镍基碳化钨涂层的磨痕宽度为0.42 mm，而H13钢的磨痕宽度达到0.78 mm，镍基碳化钨涂层的抗冲滑性能也明显优于H13钢。两种相对运动模式下镍基碳化钨涂层均主要承受磨粒磨损，但往复滑动模式下涂层存在局部剥落，而冲滑复合模式下则伴随一定的粘着磨损。结论在两种相对运动模式下，镍基碳化钨涂层表面的高硬度碳化钨颗粒都可阻止磨粒对较软镍基合金区域的切削与碰撞。相较往复滑动模式，冲滑复合模式下镍基碳化钨涂层要承受冲击和滑动的耦合作用，涂层的磨痕特征以及损伤形式都有明显的不同。采用冲滑复合运动模式的摩擦磨损试验能对盾构滚刀刀圈的摩擦学性能进行更全面、合理的研究及评价。

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激光加工网状微织构对不锈钢微丝摩擦磨损性能的影响

黄明吉, 张玮珺, 陈平, 冯少川

表面技术. 2021, 50(1): 322-330, 374. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.028

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目的研究网状微织构对316L不锈钢微丝摩擦磨损性能的影响，为提高金属橡胶的使用寿命提供参考思路。方法利用LQL-F20A型激光打标机在直径为0.4 mm的316L不锈钢微丝表面加工不同深度和间距的网状微织构，采用Leica-DM6A显微系统测量织构深度和宽度。用往复式小行程微动摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验，测量和记录不同载荷下不锈钢微丝表面摩擦因数和磨损深度。用扫描电子显微镜观察并对比分析不锈钢微丝摩擦磨损前后的表面形貌。结果相同试验条件下，网状织构化试件与无织构试件相比，摩擦因数和磨损深度分别降低了28%和72%。织构深度为25 μm试件与深度为11 μm试件相比，摩擦因数和磨损深度分别降低了11%和14%;不同织构间距的试件，表面摩擦因数十分接近，磨损深度相差也不大。不同载荷作用下试件表面摩擦因数变化不大，但磨损深度随载荷的增大而增大。结论对不锈钢微丝表面进行网状织构化处理可以显著改善其摩擦磨损性能，微织构深度是影响不锈钢微丝耐磨性的重要因素，微织构间距与深度对不锈钢微丝摩擦磨损性能具有细微的协同影响，不锈钢微丝的磨损深度与外载荷呈正相关。

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氧气流量对电弧离子镀TiAlON涂层结构和性能的影响

王晨丞, 范洪远, 李之旭, 鲜广, 赵海波, 何洪

表面技术. 2021, 50(1): 331-339. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.029

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目的探究氧气流量对电弧离子镀制备的TiAlON涂层结构和性能的影响。方法在高速钢表面，使用自制的电弧离子镀设备，在不同的氧气流量下制备了不同O含量的TiAlON涂层。采用EDS结合XPS对涂层的成分进行分析，采用XRD对涂层的晶体结构进行分析，采用SEM对涂层的表面形貌进行分析，采用努氏硬度表征了涂层的硬度，使用压痕法和划痕法对TiAlON涂层的结合强度进行分析，将样品在900 ℃条件下保温1 h，对热处理后涂层的表面形貌和成分进行了分析。结果氧气流量从30 mL/min增加到120 mL/min时，涂层中的O原子数分数从57.48%增加到62.32%。涂层中N含量极少，在1.51%以内。XRD结果表明，TiAlON涂层的主要组成物相为氧化钛，并以(200)晶面的取向占主导。随着氧气流量的增加，涂层表面的液滴和孔洞的数量和大小先增加后减少，涂层的硬度和结合强度受氧气流量的影响不大。涂层经过高温热处理后，当氧元素原子数分数低于60.55%时，涂层表面出现剥落、鼓包、基体元素扩散等现象，当氧元素原子数分数增加到61.20%时，在涂层表面未发现该现象。结论氧气流量与TiAlON涂层的抗高温氧化性正相关，氧气流量的增加改变了电弧放电状态，从而对表面质量有较大影响，涂层的硬度和结合强度受氧气流量的影响不大。

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稀土催渗碳氮硼共渗自磨刃割刀组织与性能研究

宋月鹏, 王伟, 李法德, 宋占华

表面技术. 2021, 50(1): 340-346. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.030

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目的提高旋转式割草机割刀耐磨性能和切割锋锐性能，以实现刃具的长寿命作业和对作物的低损伤收获。方法采用固体稀土催渗碳氮硼共渗，对割刀后刀面及刀尖进行局部化学热处理，通过扫描电子显微镜、光学显微镜及显微硬度计对共渗层组织、微区成分及硬度分布进行检测，探讨割刀作业过程中形成自磨锐特性，并进行田间试验验证。结果割刀经850 ℃×4 h稀土催渗碳氮硼共渗后，后刀面及刀尖表面由硼化物层(厚度约50~70 μm)和碳氮共渗层(厚度约750~1000 μm)组成，刃口处经高频加热油淬后，外层硼化物由于共晶重熔使硬度有所增加。共渗割刀在厚度方向上实现了组织、成分和硬度的梯度均匀变化，碳氮共渗层对表面高硬硼化物支撑能力有较大提升。作业过程中，割刀后刀面及刃口处的表层硼化物硬度高、耐磨性好，不易剥落及崩刃，使用寿命长，刃口突出可始终保持锋锐的切割性能，从而形成了自磨锐特性，实现了对再生作物的低损伤切割。田间试验结果表明，与市售割刀相比，共渗割刀耐磨性较高，长时间作业后仍能保持锋锐的切割性能，有利于作物切口的愈合与再生。结论稀土催渗碳氮硼共渗的割刀，由于组织、成分、硬度的梯度均匀变化，在作业过程中形成自磨刃，实现了刃具的长寿命作业和对作物的低损伤收获。

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异质污染对316L不锈钢焊缝组织及耐蚀性影响的显色研究

刘宝军, 程从前, 曹铁山, 杨树凯, 孟宪明, 赵杰

表面技术. 2021, 50(1): 347-356. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.031

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目的针对核电站管道焊缝中不明原因显色现象，设计了一种模拟工程现场引入异质污染的情形，研究异质污染对管道焊缝的影响。方法运用邻菲罗啉显色检测法，分别评价了以ER316L焊丝、掺杂了铁丝与铁粉的焊丝以及纯铁丝作为焊丝的316L不锈钢焊缝异质铁污染，结合能谱和动电位极化测试，分析了异质铁污染对焊缝组织和耐蚀性的影响。结果焊缝表面大面积持续显色主要为铁氧化物和焊缝中的富铁相，焊缝内部的点状持续显色为铁氧化物夹渣。在打磨条件下，无污染和富铁相作用下的焊缝，随空气放置时间的延长，显色程度a*逐渐降低，而点状显色没有明显改变，根据临界红色像素下临界色度(ac=5.3)时的积分面积百分比表明，点状显色的百分比低于1%，带状显色的积分面积百分比为20%~30%，ac=5.3时，显色开始显现。在3.5%NaCl溶液中，316L不锈钢焊缝的耐电化学腐蚀能力由大到小的顺序为ER316L+铁粉焊缝>ER316L焊缝>ER316L+铁丝焊缝>纯铁丝焊缝。结论铁污染的加入会导致显色现象更易产生，同时也会降低316L不锈钢焊缝的耐腐蚀性能。

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不同温度对环氧涂层形状记忆效应和防护性能的影响

陆忠海, 张伦武, 李传鹏, 于金光, 刘杰

表面技术. 2021, 50(1): 357-365. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.032

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目的研究不同温度对环氧涂层形状记忆效应和防护性能的影响。方法将等物质的量的双酚A二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚和D230固化剂进行混合，以制备自修复防腐涂层。利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和附着力测试仪测试了环氧涂层的化学结构和力学性能，并对不同温度下环氧涂层的形状回复率进行测量，以表征其形状记忆性能。通过电化学阻抗谱(EIS)技术表征了环氧涂层的电化学性能，并通过电子数码显微镜记录划痕涂层的微观形貌演变。结果不同温度下具有自修复功能的防腐涂层，在红外光谱图中的主要特征峰和相对强度与未加热的环氧涂层基本一致，并且不同温度下环氧涂层的粘结强度均超过了13 MPa。随着加热温度的升高，环氧涂层的回复率先快速增大后缓慢增加，阻抗模值则先增大后减小，划痕宽度则先减小后基本不变。在相同的浸泡时间里，经70 ℃加热后的环氧涂层的阻抗值均明显高于未加热的阻抗值。结论在一定的温度范围内，自修复防腐涂层未发生降解反应，并具有优异的附着力性能。升高温度使分子链段的运动增强，从而提高了环氧涂层的自修复效能，而加热温度过高时，涂层的自修复性能并未进一步增强，因此得出环氧涂层形状记忆效应的最佳响应温度为70 ℃。环氧涂层在70 ℃加热后已触发其形状记忆效应，使得划痕宽度显著变窄，极大提升了划痕涂层的防护性能。

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高低电压下不同厚度微弧氧化膜抗蚀电化学响应对比研究

孙乐, 马颖, 安凌云, 王兴平, 高唯

表面技术. 2021, 50(1): 366-374. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.033

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目的对比研究具有不同厚度的微弧氧化膜的抗蚀电化学响应。方法通过调整电压，在硅酸盐电解液体系中，于AZ91D镁合金表面制备具有不同厚度的微弧氧化膜层。利用SEM、EPMA和XRD研究膜层的微观形貌、元素及物相组成，进而采用循环伏安(CV)法、动电位极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)，对比研究该膜层的抗蚀电化学响应。结果 AZ91D镁合金经微弧氧化处理后，其抗蚀性得以显著提高，但不同厚度的膜层的抗蚀电化学响应不同。相比低电压下制备的薄膜，高电压下制备的厚膜的抗蚀物相含量高，CV曲线环面积和腐蚀电流密度均降低了约1个数量级，线性极化电阻增大了约3.7倍，且其阻抗模值更高，膜层抗蚀性更优。两膜层的腐蚀失效过程不同。厚膜的腐蚀过程主要经历了2个阶段:腐蚀介质逐渐渗入膜层和腐蚀介质渗透至膜基界面侵蚀基体。薄膜的腐蚀过程经历了3个阶段:腐蚀介质逐渐渗入膜层、腐蚀介质渗透至膜基界面侵蚀基体和膜层完全失效。结论厚膜呈现出较弱的腐蚀倾向和优异的抗蚀性能，三种电化学测试的结果都能较好地相互印证，但在揭示膜层的腐蚀过程和腐蚀机制时各自的深入程度不同。

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频率、占空比及其交互作用对镁合金微弧氧化膜层结构和耐蚀性的影响

张睿峰, 马颖, 孙乐, 王占营, 吴雄飞, 高唯

表面技术. 2021, 50(1): 375-382, 412. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.034

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目的对频率、占空比及其交互作用对微弧氧化膜层性能的影响，既进行定性探究，又进行定量分析。方法采用正交试验方法，在已优化的硅酸盐体系中，以AM60B镁合金为基体制备微弧氧化膜层。通过正交试验极差分析与方差分析，得到频率、占空比及其交互作用对膜层性能影响的主次顺序和最佳因素水平搭配，以及它们对膜层性能影响的显著性。采用数字式涡流测厚仪、SEM和XRD分别表征微弧氧化膜层的厚度、微观形貌与物相。以点滴试验与动电位极化曲线测试膜层的耐蚀性。结果占空比对膜层性能的影响大于频率，且占空比对膜层的厚度、点滴耐蚀性和电化学耐蚀性有非常显著的影响。频率和占空比之间的交互作用对膜层厚度、点滴耐蚀性有显著性影响，对电化学耐蚀性有着非常显著的影响。频率为1800 Hz、占空比为40%时，膜层的点滴耐蚀性最佳;频率为1800 Hz、占空比为20%时，膜层的电化学耐蚀性最好。结论随着占空比增大，膜层厚度增大，点滴耐蚀性更好;随着频率的提高，膜层的孔隙率更小、致密性更好，电化学耐蚀性显著得到提升。频率与占空比不仅会单独影响膜层的性能，它们之间的交互作用对膜层更有着不可忽视的影响。筛选出的最佳配方也为将来的进一步优化指明了方向。

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未渗氮和渗氮38CrMoAl钢在盐雾环境中的初期腐蚀行为

陈跃良, 张柱柱, 姚念奎, 张勇, 卞贵学, 黄海亮, 王安东, 李军亮

表面技术. 2021, 50(1): 383-394. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.035

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目的研究未渗氮和渗氮38CrMoAl钢在模拟海洋大气环境中的初期腐蚀特征和电化学腐蚀行为。方法通过对未渗氮和渗氮38CrMoAl钢试件进行盐雾试验来模拟其在海洋大气环境中的初期腐蚀行为，并对不同腐蚀周期后的试件进行表面形貌、腐蚀速率、FT-IR、动电位极化、电化学阻抗和微区电化学分析及研究。结果在盐雾试验中未渗氮试件由点蚀逐渐发展为均匀腐蚀，渗氮件始终呈现局部腐蚀特征，且渗氮件的腐蚀速率小于未渗氮件的腐蚀速率。未渗氮和渗氮试件的腐蚀产物中均含有Fe3O4、α-FeOOH、γ-FeOOH和δ-FeOOH，渗氮件腐蚀产物层中γ-FeOOH的含量较低。未渗氮件的自腐蚀电流密度随腐蚀时间呈增大-减小-增大的趋势，容抗弧半径呈减小-增大-减小的趋势，腐蚀6 d时，未渗氮件的自腐蚀电流密度为147.83 μA/cm²，腐蚀反应电阻为2103.6 ?.cm²，此时试件的腐蚀速率最低，致密的腐蚀产物层阻碍了腐蚀溶液和氧气向金属基体的扩散过程。渗氮件的自腐蚀电流密度呈增大-减小的趋势，容抗弧半径呈减小-增大的趋势，盐雾腐蚀12 d后，渗氮件的自腐蚀电流密度为35.76 μA/cm²，腐蚀反应电阻为3021.5 ?.cm²，渗氮件腐蚀产物层对腐蚀速率的抑制作用出现得更晚。未渗氮件在盐雾腐蚀初期，表面SKP电位差迅速增大，试件表面形成了明显的阴极区和阳极区，随后电位差保持平稳，试件表面腐蚀向均匀腐蚀发展。渗氮试件表面电位分散程度更大，局部腐蚀特征更加明显。结论未渗氮件腐蚀产物层的保护性能随厚度的增加而增加，但随着腐蚀时间的延长，腐蚀产物覆盖层不断增厚，由于内应力增加，腐蚀产物出现裂纹，使腐蚀产物层的保护性能下降。渗氮件在盐雾腐蚀初期起主要保护作用的是表面渗氮层，随着腐蚀的进行，渗氮层被逐渐侵蚀甚至出现裂纹，腐蚀产物层逐渐起主导作用。

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石墨烯改性增强富镁涂层对AZ91D镁合金的腐蚀防护效果

左洋, 魏晗, 左禹, 张寒露, 唐聿明, 赵旭辉

表面技术. 2021, 50(1): 395-404. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.036

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目的在保证环氧富镁涂层阴极保护作用的同时，降低涂层中的镁粉含量，进一步提高环氧富镁涂层对镁合金基体的保护效果。方法将不同含量的石墨烯(1%、2%、4%)加入环氧富镁涂层中替代等质量的镁粉来制备改性富镁涂层，利用Machu测试、电化学交流阻抗测试、扫描电子显微镜观察等方法，对改性富镁涂层的防护性能进行研究。结果石墨烯添加量过多(4%)时，涂层的耐蚀性降低;添加量较少(1%和2%)时，涂层的孔隙率降低，附着力升高，涂层的屏蔽效果得到提高，开路电位测得的阴极保护作用时间也有一定程度的延长，其中石墨烯添加量为2%、镁粉含量为48%时，涂层的阴极保护时间为145 h，改善作用最明显。结论适量石墨烯加入环氧富镁涂层中增强了镁颗粒与基体之间的电连接，有效提高了涂层中镁粉的利用率，降低了镁合金的腐蚀速度，并且没有改变富镁涂层中镁粉的作用机制。同时，由于石墨烯片层状结构和较小的粒径，填充了涂层中的孔隙，并且在涂层中形成迷宫结构，有效延长了电解质的扩散通道，使涂层屏蔽性能得到提高。

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基于岸基与远洋移动平台的7B04铝合金腐蚀行为比较研究

张凯, 李迪凡, 文邦伟, 沈蕾芳

表面技术. 2021, 50(1): 405-412. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.037

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目的研究动态海洋大气环境与静态海洋大气环境对7B04铝合金腐蚀行为的影响。方法采用7B04铝合金，分别在远洋船舶移动平台和万宁站海洋平台开展1年户外大气暴露试验，利用腐蚀形貌、腐蚀失重、力学性能表征7B04铝合金在海洋大气环境中的腐蚀规律和行为。结果经过1年的户外大气暴露试验，在动态和静态两种海洋大气环境作用下，7B04铝合金的腐蚀类型均为点蚀，且远洋船舶移动平台7B04铝合金的腐蚀程度更严重。在远洋船舶移动平台开展动态自然环境试验的7B04铝合金腐蚀速率为67.4 μm/a，在万宁站海洋平台开展静态自然环境试验的7B04铝合金腐蚀速率为16.6403 μm/a，远洋船舶移动平台7B04铝合金的腐蚀速率约为万宁站海洋平台的4倍。远洋船舶移动平台试验7B04铝合金的拉伸强度、规定塑性延伸强度和断后伸长率保留率分别为91%、87.5%和54.3%。结论 7B04铝合金在远洋船舶移动平台和万宁站海洋平台的腐蚀类型均为点蚀，远洋船舶移动平台的动态海洋大气腐蚀性强于静态海洋大气，且对7B04铝合金力学性能的降低主要体现在断后伸长率方面，可显著加速7B04铝合金的腐蚀。

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超高强度钢强力滚压残余应力仿真与试验研究

梁志强, 陈一帆, 栾晓圣, 李宏伟, 刘心藜, 陈建军, 李玉, 王康, 王西彬

表面技术. 2021, 50(1): 413-421, 431. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.038

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目的研究不同强力滚压工艺参数对超高强度钢表层残余应力分布的影响。方法针对45CrNiMoVA超高强度钢的表面强化问题提出了强力滚压工艺。采用硬质合金滚压刀具，对试样施加超过2500 N的滚压力，进行强力滚压强化单因素试验。基于SEM和EBSD测试，分析强力滚压对超高强度钢表层微观组织的影响，进而对不同滚压参数下超高强度钢表层残余应力分布与表面残余应力变化进行分析。最后通过ABAQUS有限元仿真建立了超高强度钢强力滚压强化表层残余应力场预测模型，对滚压强化表层残余应力仿真值与试验值进行了对比。结果强力滚压使得超高强度钢表层的平均晶粒尺寸从0.813 μm降低为0.474 μm，且马氏体晶粒沿滚压方向发生了变形滑移。超高强度钢经强力滚压后，表层残余压应力由–276 MPa提升至最高–942 MPa，残余压应力深度由0.2 mm增加至最大0.9 mm。超高强度钢强力滚压试验和仿真残余应力沿径向的分布规律一致，滚压表面残余压应力仿真值与试验值的误差小于27%。结论测试分析表明，强力滚压可有效细化超高强度钢45CrNiMoVA表层晶粒并且改善残余应力分布，残余压应力值随着滚压深度和滚压次数的增加而增大，随进给量和工件转速的增大而减小。强力滚压仿真较为准确地预测出滚压强化表层残余应力分布情况，为超高强度钢45CrNiMoVA等一类难加工材料构件的表面强化问题提供了工艺指导。

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基于微切削模型的不锈钢研磨表面残余应力规律

袁巨龙, 韩文杰, 杜东兴, 黄文, 吕迅

表面技术. 2021, 50(1): 422-431. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.039

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目的基于单颗粒微切削模型，研究分析研磨工艺对HR-2抗氢不锈钢工件表面残余应力的演化规律与产生机制的影响。方法建立研磨磨粒单颗粒微切削残余应力数学模型，采用正交试验获得研磨工艺参数与表面残余应力大小、磨粒微切削切深和切向力回归方程，利用单因素试验对研磨工艺进行验证，获得研磨工艺参数对表面残余应力大小、表面磨粒切深和切向力的影响规律，并开展单因素试验结果与数学模型计算结果对比研究。结果试验中，磨粒粒径从10 μm变化为50 μm时，残余应力从–130 MPa变化至–345 MPa;研磨压力从10 N变化至50 N时，残余应力从–135 MPa变化至–253 MPa;而转速的变化对残余应力结果的影响规律不显著。不同工艺参数试验中，模型所得计算值和试验值误差基本在10%以内。结论根据正交试验结果和单因素试验得出，研磨工艺对残余应力影响的显著度从高到低为磨粒粒径>研磨压力>研磨转速，磨粒切深和切向力与残余应力关系显著，建立的单颗粒研磨模型可以预测不同研磨工艺参数条件下的残余应力产生规律。

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刊出日期：2021-01-20

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